[发明专利]一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构及其生长过程有效
| 申请号： | 201410665286.5 | 申请日： | 2014-11-19 |
| 公开（公告）号： | CN104377547B | 公开（公告）日： | 2017-07-21 |
| 发明（设计）人： | 王智勇;吕朝蕙;王清;尧舜;郑建华 | 申请（专利权）人： | 北京工业大学 |
| 主分类号： | H01S5/30 | 分类号： | H01S5/30;H01S5/06 |
| 代理公司： | 北京思海天达知识产权代理有限公司11203 | 代理人： | 沈波 |
| 地址： | 100124 *** | 国省代码： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 gan hemt ld 单片 集成 直接 调制 半导体激光器 结构 | ||
1.一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于：该结构由LD和GaN基HEMT两部分组成，所述LD和所述GaN基HEMT被非掺杂GaN隔离层(9)隔开；所述LD由在GaN衬底(1)上依次分子束外延生长的Al0.08Ga0.92N下包层(2)、GaN下波导层(3)、In0.02Ga0.98N注入层(4)、有源层(5)、Al0.2Ga0.8N电子阻挡层(6)、GaN上波导层(7)、Al0.08Ga0.92N上包层(8)构成；所述非掺杂GaN隔离层(9)在所述Al0.08Ga0.92N上包层(8)上分子束外延生长而成；所述GaN基HEMT由在非掺杂GaN隔离层(9)上依次分子束外延生长的非掺杂Al0.15Ga0.85N层(10)、非掺杂GaN通道层(11)、AlN空间隔离层(12)、非掺杂Al0.3Ga0.7N势垒层(13)构成；
2.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于：所述Al0.08Ga0.92N下包层(2)用于将发射光限制在包层内；该Al0.08Ga0.92N下包层(2)的厚度为800nm。
3.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于：该GaN下波导层(3)的厚度为50nm。
4.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于：所述In0.02Ga0.98N注入层(4)用于载流子的注入，同时也利用In0.02Ga0.98N把载流子束缚在有源层内；所述In0.02Ga0.98N注入层(4)的厚度为50nm。
5.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于：所述有源层(5)用于激励载流子受激发射形成放大的光，所述有源层(5)包括三层In0.02Ga0.98N势垒层、两层In0.12Ga0.88N量子阱层，这五层结构间隔分布。
6.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于：所述Al0.2Ga0.8N电子阻挡层(6)用于将电子限制在有源层内，该Al0.2Ga0.8N电子阻挡层(6)的厚度为20nm。
7.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于：所述GaN上波导层(7)用于进一步将电子限制在有源层和电子阻挡层内，该GaN上波导层(7)的厚度为80nm。
8.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于：所述Al0.08Ga0.92N上包层(8)用于将发射光限制在波导层内，该Al0.08Ga0.92N上包层(8)的厚度为350nm。
9.根据权利要求1所述的一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构，其特征在于：所述非掺杂GaN隔离层(9)用于将LD和HEMT的外延结构隔开；该非掺杂GaN隔离层(9)的厚度为170nm；
所述非掺杂Al0.15Ga0.85N层(10)的厚度为55nm，所述非掺杂GaN通道层(11)的厚度为200nm，所述AlN空间隔离层(12)的厚度为1nm，所述非掺杂Al0.3Ga0.7N势垒层(13)的厚度为20nm。
10.一种GaN基HEMT和LD单片集成的直接调制半导体激光器结构生长过程，其特征在于：该半导体激光器结构的生长过程包括下述步骤，
步骤1、在GaN衬底(1)上生长800nm的Al0.08Ga0.92N下包层(2)；
步骤2、在Al0.08Ga0.92N下包层(2)上生长50nm的GaN下波导层(3)；
步骤3、在GaN下波导层(3)上生长50nm的In0.02Ga0.98N注入层(4)；
步骤4、在In0.02Ga0.98N注入层(4)上生长包括三层In0.02Ga0.98N势垒层、两层In0.12Ga0.88N量子阱层的有源层(5)；
步骤5、在有源层(5)上生长20nm的Al0.2Ga0.8N电子阻挡层(6)；
步骤6、在Al0.2Ga0.8N电子阻挡层(6)上生长80nm的GaN上波导层(7)；
步骤7、在GaN上波导层(7)上生长350nm的Al0.08Ga0.92N上包层(8)；
步骤8、在Al0.08Ga0.92N上包层(8)上生长170nm的非掺杂GaN隔离层(9)；
步骤9、在非掺杂GaN隔离层(9)上生长55nm的非掺杂Al0.15Ga0.85N层(10)；
步骤10、在非掺杂Al0.15Ga0.85N层(10)上生长200nm的非掺杂GaN通道层(11)；
步骤11、在非掺杂GaN通道层(11)上生长1nm的AlN空间隔离层(12)；
步骤12、在AlN空间隔离层(12)上生长20nm的非掺杂Al0.3Ga0.7N势垒层(13)。
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